JP4083718B2 - Electro-optic sensor - Google Patents
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Description
本発明は、振幅の大きな出力電気信号が得られる高感度な電気光学センサに関するものである。 The present invention relates to a highly sensitive electro-optic sensor capable of obtaining an output electric signal having a large amplitude.
電気光学(Electro-Optic、以下、適宜EOと略す)結晶を用いたEOセンサは、電圧センサなどとして幅広く利用されており、年々その重要性が高まっている。 An EO sensor using an electro-optic (hereinafter referred to as EO as appropriate) crystal is widely used as a voltage sensor or the like, and its importance is increasing year by year.
EOセンサでは、電界の結合でEO結晶の複屈折率が変化することを利用し、こうして複屈折率が変化したEO結晶に光を入射させて光の位相を変化させ、EO結晶から出射した光の位相変化量を電気的に検出する。
しかしながら、EO結晶を1回通過した光の位相変化量は小さく、そのため、振幅の大きな出力電気信号を得る、つまり感度を高めるのが困難である。 However, the amount of phase change of the light that has passed through the EO crystal once is small, so that it is difficult to obtain an output electric signal having a large amplitude, that is, to increase sensitivity.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、振幅の大きな出力電気信号が得られる高感度な電気光学センサを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a highly sensitive electro-optic sensor capable of obtaining an output electric signal having a large amplitude.
上記の課題を解決するために、請求項1の本発明は、電界の結合で屈折率が変化する電気光学結晶と、この電気光学結晶に電界を結合させるための電極と、前記電気光学結晶に光を入射させる光源と、前記電気光学結晶からの光の出射面に形成された膜または当該出射面の奥に配置された鏡であって光を透過および反射する第1部材と、前記電気光学結晶の前記光源からの光の入射面に形成された膜または当該入射面の手前に配置された鏡であって光を透過および反射する第2部材と、前記第1部材から奥に出射する第1出射光を電気信号に変換する第1出射光検出器と、前記第2部材から手前に出射する第2出射光を取り出す偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタで取り出した第2出射光を電気信号に変換する第2出射光検出器と、前記第1出射光検出器と前記第2出射光検出器で変換された各電気信号を差動増幅する差動アンプとを備えることを特徴とする電気光学センサをもって解決手段とする。 In order to solve the above problems, the present invention of claim 1 is directed to an electro-optic crystal whose refractive index changes by coupling of an electric field, an electrode for coupling an electric field to the electro-optic crystal, and the electro-optic crystal. A light source for allowing light to enter; a film formed on an emission surface of light from the electro-optic crystal; or a mirror disposed behind the emission surface, which transmits and reflects light; and the electro-optic A film formed on the incident surface of light from the light source of the crystal or a mirror disposed in front of the incident surface, a second member that transmits and reflects light, and a first member that emits light from the first member to the back A first outgoing light detector for converting one outgoing light into an electrical signal; a polarizing beam splitter for taking out the second outgoing light emitted from the second member; and a second outgoing light taken out by the polarizing beam splitter as electric Second outgoing light detection to convert to signal And vessels, and solutions with an electro-optical sensor, characterized in that it comprises a differential amplifier for differentially amplifying the converted electrical signals are in the second outgoing light detector, the first outgoing light detector.
請求項1の本発明によれば、第1部材と第2部材とを設けたことで、第1部材と第2部材とが光の共振器を構成し、電気光学結晶の中を光が多数回往復するので、振幅の大きな出力電気信号を得ることができる。 According to the first aspect of the present invention, by providing the first member and the second member, the first member and the second member constitute a light resonator, and a large amount of light is contained in the electro-optic crystal. Since it reciprocates times, an output electric signal having a large amplitude can be obtained.
また、請求項1記載の本発明によれば、第2部材から手前に出射する第2出射光を取り出す偏光ビームスプリッタと、この偏光ビームスプリッタで取り出した第2出射光を電気信号に変換する第2出射光検出器と、第1出射光検出器と第2出射光検出器で変換された各電気信号を差動増幅する差動アンプとを設けたことで、出力信号の振幅を2倍に増大することができる。また、差動信号検出によって直流成分をゼロにすることができる。
Further, according to the present invention as set forth in claim 1, a polarization beam splitter for taking out a second outgoing light emitted from the second member forward, first converting the second outgoing light taken out by the polarizing beam splitter into an
請求項2の本発明は、前記第1部材および第2部材で構成される共振器の、前記電気光学結晶に電界を結合させていないときの反射率を、該反射率の変化率が最も大きいときの反射率としたことを特徴とする請求項1記載の電気光学センサをもって解決手段とする。 According to the second aspect of the present invention, the reflectance of the resonator constituted by the first member and the second member when the electric field is not coupled to the electro-optic crystal has the largest change rate of the reflectance. and solutions with an electro-optical sensor according to claim 1 Symbol mounting, characterized in that the reflectance when.
請求項2の本発明によれば、反射率を、該反射率の変化率が最も大きいときの反射率としたことで、第1出射光検出器と第2出射光検出器にそれぞれ入射する光の量を等しくすることができ、これにより、差動信号検出のときのレーザ強度雑音を大幅に低減できる。また、アンプが飽和するのを防止することができる。 According to the second aspect of the present invention, since the reflectance is the reflectance when the change rate of the reflectance is the largest, the light incident on the first outgoing light detector and the second outgoing light detector respectively. Can be made equal, thereby significantly reducing laser intensity noise during differential signal detection. It is also possible to prevent the amplifier from being saturated.
請求項3の本発明は、前記差動アンプの出力から直流成分を検出し、この直流成分がなくなるように前記光源からの光の周波数または少なくとも一方の前記鏡の位置を変化させる手段を備えたことを特徴とする請求項1または2記載の電気光学センサをもって解決手段とする。
The present invention of
請求項3の本発明は、差動アンプの出力から直流成分を検出し、この直流成分がなくなるように光源からの光の周波数または少なくとも一方の鏡の位置を変化させる手段を備えたことで、温度変化に起因する出力信号のドリフトを防止することができる。
The present invention of
請求項4の本発明は、前記第1部材の前記第2部材に対する面と、前記第2部材の前記第1部材に対する面とを、凹形の球面とし、前記第1部材の奥と前記第2部材の手前とに凸レンズを配置したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電気光学センサをもって解決手段とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the surface of the first member with respect to the second member and the surface of the second member with respect to the first member are concave spherical surfaces, and the back of the first member and the first member claims 1, characterized in that a convex lens and in front of the two members with an electro-optical sensor according to any one of 3 to solutions.
請求項4の本発明によれば、第1部材の第2部材に対する面と、第2部材の第1部材に対する面とを、凹形の球面とし、第1部材の奥と第2部材の手前とに凸レンズを配置したことで、電気光学結晶内での光の拡散によって出力電気信号の振幅が低下するのを防止することができる。 According to this invention of Claim 4 , the surface with respect to the 2nd member of a 1st member and the surface with respect to the 1st member of a 2nd member are made into a concave spherical surface, The back of a 1st member, and the front of a 2nd member Since the convex lenses are arranged at both sides, it is possible to prevent the amplitude of the output electric signal from being lowered due to the diffusion of light within the electro-optic crystal.
本発明の電気光学センサによれば、第1部材と第2部材とを設けたことで、第1部材と第2部材とが光の共振器を構成するので、振幅の大きな出力電気信号が得られる高感度な電気光学センサを提供することができる。 According to the electro-optic sensor of the present invention, since the first member and the second member are provided with the first member and the second member, an output electrical signal having a large amplitude is obtained. It is possible to provide a highly sensitive electro-optic sensor.
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[第1の実施の形態]
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るEOセンサ1の構成図である。
[First embodiment]
FIG. 1 is a configuration diagram of an EO sensor 1 according to the first embodiment of the present invention.
EOセンサ1は、電界の結合で屈折率が変化するEO結晶11と、このEO結晶11に電界を結合させるための電極12,13と、EO結晶11にレーザ光などの光を入射させる光源14と、EO結晶11からの光の出射面に形成された膜11a(第1部材)と、EO結晶11の、光源14からの光の入射面に形成された膜11b(第2部材)と、膜11aから奥に出射する光(第1出射光)を電気信号に変換する光検出器PD1(第1出射光検出器)とを備える。各膜は、例えば、誘電体多層膜によるHigh-Refrection Coating:HRCにより、光を透過および反射、つまり光の一部を透過し一部を反射するように形成されている。
The EO sensor 1 includes an EO crystal 11 whose refractive index changes due to electric field coupling, electrodes 12 and 13 for coupling an electric field to the
電極12は被測定信号入力ポートPINに接続される。電極13は基準電位となる物体に接続されるか、もしくはフローティングの状態に置かれる。光検出器PDの出力端子は出力ポートPOUTに接続されている。 The electrode 12 is connected to the measured signal input port PIN. The electrode 13 is connected to an object having a reference potential or placed in a floating state. The output terminal of the photodetector PD is connected to the output port POUT.
EOセンサ1では、膜11a,11bは光の共振器(以下、単に共振器という)を構成している。
In the EO sensor 1, the
図2(a)は、EO結晶11に電界を結合させていないときに共振器内を光が往復する際に生じる位相差を横軸にとり、そのときの反射率(以下、単に共振器の反射率という)を縦軸にとったグラフであり、図2(b)は、位相差が2π近傍である部分を拡大したグラフである。なお、共振器の透過率のグラフは反射率のグラフの上下を反転させたものとなる。
FIG. 2A shows the phase difference generated when light reciprocates in the resonator when no electric field is coupled to the
これらの図に示すように、共振器の反射率は、例えば、位相差が2πである共振点より位相差が若干小さいところで変化率が最も大きく、このように変化率が最も大きい点が動作点として最適である。なお、その値は約0.5である。例えば、膜11aおよび膜11bの強度反射率を約80%とすることで、かかる反射率が得られる。なお、共振器の反射率は、製造上の都合などにより、例えば、0.3以上0.7以下としてもよい。これ以降は、反射率を0.5として説明するが、本発明は必ずしも反射率を限定して実施するものではない。
As shown in these figures, the reflectance of the resonator is, for example, the largest change rate when the phase difference is slightly smaller than the resonance point where the phase difference is 2π, and the point where the change rate is largest is the operating point. As best. The value is about 0.5. For example, the reflectance can be obtained by setting the intensity reflectance of the film 11a and the
さて、EOセンサ1では、光源14からの光が共振器に入射すると、共振器内で反射を繰り返し、入射した光の約半分の量の光が共振器から出射される。その半分の量は光検出器PD1側に、残りの半分は光源14側に出射される。
In the EO sensor 1, when light from the
この状態で被測定信号入力ポートPINに被測定信号を印加すると、EO結晶11に電界が結合され、共振器内で光が往復する際の位相差が変化するので、例えば、光検出器PD1側に出射する光の量が変化する。このとき、膜により共振器が構成されていること、しかも、共振器の反射率を上記のように設定することで、共振器の反射率が急激に変化するので、この光検出器PD1側に出射する光の変化量は、共振器を構成しない場合よりも格段に大きい。よって、光検出器PDから出力ポートPOUTに、被測定信号に応じた出力電気信号で且つ振幅の大きな出力電気信号が出力される。
When a signal to be measured is applied to the signal to be measured input port PIN in this state, an electric field is coupled to the
したがって、第1の実施の形態によれば、EO結晶11の光の入射面および出射面に膜を設けたことで、各膜が共振器(光の共振器)を構成し、EO結晶の中を光が多数回往復するので、振幅の大きな出力電気信号が得られる。また、共振器の反射率を上記のように設定することで、より振幅の大きい出力電気信号が得られる。
Therefore, according to the first embodiment, the films are provided on the light incident surface and the light exit surface of the
[第2の実施の形態]
図3は、本発明の第2の実施の形態に係るEOセンサ2の構成図である。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a configuration diagram of the
EOセンサ2は、EOセンサ1の構成に加えて、膜11bから手前に出射する光(第2出射光)を取り出す偏光ビームスプリッタPBS1を備えた光サーキュレータ15と、偏光ビームスプリッタPBS1で取り出した光を電気信号に変換する光検出器PD2(第2出射光検出器)と、光検出器PD1と光検出器PD2で変換された各電気信号を差動増幅する差動アンプDAと、この差動アンプDAの出力から低周波数成分(便宜的に直流成分という)を通過させるローパスフィルタLPFおよび積分器16を備え、直流成分がなくなるように、積分器16の出力で光源14からの光の周波数を変化させるようになっている。
The
さて、EOセンサ2では、光源14からの直線偏光が偏光ビームスプリッタPBS1でS偏光とP偏光に分離され、P偏光は、光サーキュレータ15のファラデー回転子FR、1/2波長板HWP、偏光ビームスプリッタPBS2を順次に通過して、共振器に入射する。
Now, in the
P偏光が共振器に入射すると、共振器内で反射を繰り返し、入射したP偏光の約半分の量のP偏光が共振器から出射される。その半分の量は光検出器PD1側に、残りの半分は光源14側に出射される。
When P-polarized light enters the resonator, reflection is repeated in the resonator, and P-polarized light having an amount that is approximately half of the incident P-polarized light is emitted from the resonator. Half of the light is emitted to the photodetector PD1 side, and the other half is emitted to the
この状態で被測定信号入力ポートPINに交流成分を含む被測定信号を印加すると、EO結晶11に電界が結合される。これにより、共振器内で光が往復する際の位相差が変化するので、共振器の透過率と反射率が逆相に変化する。すなわち、共振器の透過率が増えた瞬間には反射率は減っており、透過率が減った瞬間には反射率は増えている。
When a signal under measurement including an AC component is applied to the signal under test input port PIN in this state, an electric field is coupled to the
光検出器PD1側に出射したP偏光を、光検出器PD1は電気信号に変換する。一方、光源14側に出射したP偏光は、偏光ビームスプリッタPBS2を通過し、さらに1/2波長板HWP、ファラデー回転子FRを順次に通過することでS偏光となる。偏光ビームスプリッタPBS1は、このS偏光を光検出器PD2へと反射させる。このS偏光は、光検出器PD2で電気信号に変換される。
The photodetector PD1 converts the P-polarized light emitted to the photodetector PD1 side into an electric signal. On the other hand, the P-polarized light emitted to the
差動アンプDAは、各光検出器PD1およびPD2で変換された電気信号を差動増幅する。共振器の透過率と反射率が等しいので、各光検出器PD1およびPD2が出力する電気信号の直流成分は等しい。したがって差動アンプDAの出力信号には直流成分は含まれない。また差動信号検出によって、第1の実施例と比較して、2倍の信号振幅を得ることができる。またレーザ強度雑音を低減することができる。したがって、より感度の高い検出が可能となる。 The differential amplifier DA differentially amplifies the electric signals converted by the photodetectors PD1 and PD2. Since the transmittance and reflectance of the resonator are equal, the direct current components of the electrical signals output from the photodetectors PD1 and PD2 are equal. Therefore, a direct current component is not included in the output signal of the differential amplifier DA. Further, by differential signal detection, it is possible to obtain a signal amplitude that is twice that of the first embodiment. In addition, laser intensity noise can be reduced. Therefore, detection with higher sensitivity is possible.
ところで、EOセンサ2では、光源14からの光の周波数を適切に定めないと、共振器の透過率と反射率を等しくすることができない。言い換えると、被測定信号がゼロの場合に、差動増幅器の出力をゼロにできない。また仮に、光の周波数が適切に設定されていたとしても、その周波数は周囲温度によって変化する場合がしばしばあるので、差動増幅器の出力がドリフトしてしまう。
By the way, in the
そこでEOセンサ2では、ローパスフィルタLPFと積分器16で、差動増幅器の出力信号の直流成分がなくなる(ゼロになる)ように、光源14からの光の周波数を制御する。これにより、周囲の温度変化などに起因する差動増幅器の出力ドリフトを抑えることができるので、被測定信号を常に安定かつ高感度に検出することが可能になる。
Therefore, in the
[第3の実施の形態]
図4は、本発明の第3の実施の形態に係るEOセンサ3の構成図である。
[Third embodiment]
FIG. 4 is a configuration diagram of the
EOセンサ3では、EOセンサ2における光サーキュレータ15と共振器の間に1/4波長板QWPが設けられているため、共振器で反射された光は円偏光となって光サーキュレータ15に入射する。
In the
入射した光は光サーキュレータ15によってS偏光およびP偏光に分離され、光検出器PD21およびPD2で電気信号に変換される。したがって、加算アンプAA2の出力は、共振器で反射された光の全強度に対応している。
The incident light is separated into S-polarized light and P-polarized light by the
一方で、共振器を透過した光は、偏光ビームスプリッタPBS3でS偏光およびP偏光に分離された後、それぞれ光検出器PD11およびPD1で電気信号に変換される。したがって、加算アンプAA1の出力は、共振器を透過した全強度に対応している。 On the other hand, the light transmitted through the resonator is separated into S-polarized light and P-polarized light by the polarization beam splitter PBS3, and then converted into electric signals by the photodetectors PD11 and PD1, respectively. Therefore, the output of the adding amplifier AA1 corresponds to the total intensity transmitted through the resonator.
EO結晶11に被測定信号が印加された場合には、その信号に応じてS偏光およびP偏光成分が逆相で変化するので、差動アンプDA1から出力ポートPOUTに被測定信号に応じた信号が出力される。
When a signal under measurement is applied to the
また、差動アンプDA2の出力は、共振器を透過した光と反射した光の強度の差に対応しているので、第2の実施の形態と同様に、差動アンプDA2の出力の直流成分がなくなるように、LPFと積分器16を使って光の周波数を制御することにより、共振器の透過光と反射光の強度比を常に1:1に保つことが可能になる。
Since the output of the differential amplifier DA2 corresponds to the difference in intensity between the light transmitted through the resonator and the reflected light, the DC component of the output of the differential amplifier DA2 is the same as in the second embodiment. By controlling the frequency of light using the LPF and the
[第4の実施の形態]
図5は、本発明の第4の実施の形態に係るEOセンサ4の構成図である。
[Fourth embodiment]
FIG. 5 is a configuration diagram of the EO sensor 4 according to the fourth embodiment of the present invention.
EOセンサ4は、EOセンサ2の膜11aに代えて、EO結晶11の光の出射面の奥に、上記同様に光を透過および反射する鏡17a(第1部材)を設け、EOセンサ2の膜11bに代えて、EO結晶11の光の入射面の手前に同様な鏡17b(第2部材)を設け、ローパスフィルタLPFと積分器16で、差動アンプDAの出力における直流成分を検出し、この直流成分がなくなるように、鏡17aの位置(光路の方向における位置)を変化させるようにしたものである。
The EO sensor 4 is provided with a
差動アンプDAの出力における直流成分は、光の周波数ではなく、共振器内の光路長を制御することによって一定に保つことが可能である。EOセンサ4では、ローパスフィルタLPFと積分器16で、差動アンプDAの出力における直流成分を検出し、鏡17aの位置を変化させる。なお、EOセンサ4では、鏡17bの位置を変化させてもよい。
The direct current component in the output of the differential amplifier DA can be kept constant by controlling the optical path length in the resonator, not the frequency of light. In the EO sensor 4, the low-pass filter LPF and the
したがって、第4の実施の形態によれば、差動アンプDAの出力における直流成分を検出し、この直流成分がなくなるように、鏡の位置を変化させることで、出力電気信号の振幅低下と温度によるドリフトを防止することができる。 Therefore, according to the fourth embodiment, the DC component in the output of the differential amplifier DA is detected, and the position of the mirror is changed so that this DC component is eliminated. Drift due to can be prevented.
[第5の実施の形態]
図6は、本発明の第5の実施の形態に係るEOセンサ5の構成図である。
[Fifth embodiment]
FIG. 6 is a configuration diagram of the EO sensor 5 according to the fifth embodiment of the present invention.
EOセンサ5は、EOセンサ4において、鏡17aの鏡17bに対する面を凹形の球面とし、鏡17bの鏡17aに対する面を凹形の球面とし、鏡17aの奥に凸レンズ18aを配置し、鏡17bの手前に凸レンズ18bを配置したものである。
In the EO sensor 5, the surface of the
これまで説明したEOセンサ1〜4では、膜や鏡の反射率が高い場合、また、EO結晶11内での光の損失が小さい場合には、共振器のQ値が上昇し、EO結晶11内での反射回数が多くなり、EO結晶11内で光が拡散する。電極12,13間の距離が短い場合には、電極での光の反射が起こり、出力電気信号が不安定になる畏れがある。
In the EO sensors 1 to 4 described so far, when the reflectance of the film or mirror is high, or when the loss of light in the
EOセンサ5では、凸レンズ18bを設けたことで、光源14側からの光をEO結晶11内で細く絞ることができる。また、細く絞った光はEO結晶11内で広がり、光検出器PD1へと出射されるが、凸レンズ18aを設けたことで、光検出器PD1への光が広がったままになるのを防止することができる。
In the EO sensor 5, the light from the
また、EOセンサ5では、鏡17aの鏡17bに対する面を凹形の球面とし、鏡17bの鏡17aに対する面を凹形の球面としたことで、EO結晶11からの広がっていく光を反射し且つ反射した光を細く絞ってEO結晶11内に戻すことができる。
In the EO sensor 5, the surface of the
[第6の実施の形態]
図7は、本発明の第6の実施の形態に係るEOセンサ6の構成図である。
[Sixth embodiment]
FIG. 7 is a configuration diagram of the
EOセンサ6は、EOセンサ2において、膜11aの膜11bに対する面を凹形の球面とし、膜11bの膜11aに対する面を凹形の球面とし、鏡11aの奥に凸レンズ18aを配置し、膜11bの手前に凸レンズ18bを配置したものである。
In the
この第6の実施の形態では、EOセンサ6の膜が、EOセンサ5の鏡と同様に作用するので、EOセンサ5と同様の作用効果を得ることができる。
In the sixth embodiment, since the film of the
なお、EOセンサ5やEOセンサ6では、凸レンズで絞られた光は平面波ではなく、回折効果により、その波面が球面になっているので、凹形の球面の曲率半径と光の波面の曲率半径とを一致させるのが好ましい。
In the EO sensor 5 and the
したがって、第5または第6の実施の形態によれば、膜や鏡の相手に対する面を凹形の球面とし、膜や鏡の手前と奥に凸レンズを配置したことで、EO結晶11内での光の拡散によって差動アンプDAからの出力電気信号の振幅が低下するのを防止することができる。 Therefore, according to the fifth or sixth embodiment, the surface of the membrane or mirror with respect to the other side is a concave spherical surface, and the convex lenses are arranged in front of and behind the membrane or mirror. It is possible to prevent the amplitude of the output electric signal from the differential amplifier DA from being reduced due to light diffusion.
[第7の実施の形態]
図8は、EOセンサ2を人体通信に用いた場合の構成図である。
[Seventh embodiment]
FIG. 8 is a configuration diagram when the
EOセンサ2を人体通信に用いる場合には、EOセンサ2が携帯されることが多いので、電極13は、大地グランドから離れた、EOセンサ2のグランド電極13aに接続される。一方の電極12に接続された被測定信号入力ポートPINは、人体に接触させた受信用電極51にリード線を介して接続される。また、人体には、送信用電極52が接触しており、この送信用電極52と大地グランドとの間に発信器53が接続される。
When the
この第7の実施の形態では、発信器53の信号は、入力信号として送信用電極52、受信用電極51を経由して、被測定信号入力ポートPINに与えられる。EOセンサ2は、前述した動作により、被測定信号入力ポートPINに与えられ信号に応じた出力信号を出力する。しかも、前述したように、振幅の大きく、しかも飽和することの少ない出力電気信号が得られる。また、EO結晶11に結合される電界の交流成分に応じた出力電気信号を得ることができる。また、出力電気信号の振幅低下と温度によるドリフトを防止することができる。
In the seventh embodiment, the signal of the transmitter 53 is given as an input signal to the measured signal input port PIN via the transmission electrode 52 and the reception electrode 51. The
[第8の実施の形態]
図9は、EOセンサ2を被測定デバイスの検査に用いた場合の構成図である。
[Eighth embodiment]
FIG. 9 is a configuration diagram when the
被測定デバイス60には信号源61から入力信号が与えられる。被測定デバイス60は、例えば、不要な電磁波を発生している機器であり、このような被測定デバイス60を検査する際には、EOセンサ2を構成する電子部品を被測定デバイスから離すのが好ましい。
An input signal is given to the device under
この第8の実施の形態では、EOセンサ2のEO結晶11、電極12,13、光サーキュレータ15は、被測定デバイス60の被測定点に接触させる金属針101を備えたセンサヘッド100内に設けられる。
In the eighth embodiment, the
一方、光源14、光検出器PD1、PD2、差動アンプDA、ローパスフィルタLPF、積分器16は、センサヘッド100に対し、偏波保持ファイバ(Polarization Maintaining Fiber)である光ファイバ301、単一モードファイバ(Single-Mode Fiber)または多モードファイバ(Multi-Mode Fiber)である光ファイバ302、並びに単一モードファイバまたは多モードファイバである光ファイバ303で接続された信号処理装置200内に設けられる。
On the other hand, the
センサヘッド100では、電極12に接続された被測定信号入力ポートPINに対しリード線を介して金属針101が接続され、電極13はセンサヘッド100のグランド電極102に接続される。 In the sensor head 100, the metal needle 101 is connected to the signal input port PIN to be measured connected to the electrode 12 via a lead wire, and the electrode 13 is connected to the ground electrode 102 of the sensor head 100.
また、センサヘッド100では、光ファイバ301、光ファイバ302、光ファイバ303のそれぞれの端部に、コリメータ104、コリメータ105、コリメータ106が接続され、このコリメータ104は光サーキュレータ15の手前に配置される。
In the sensor head 100, a
また、センサヘッド100では、光サーキュレータ15が取り出した光を反射してコリメータ105に入射させる鏡107と、EO結晶11の奥へ出射した光を順次に反射してコリメータ106に入射させる2つの鏡107,108とが設けられる。
In the sensor head 100, the mirror 107 that reflects the light extracted by the
一方、信号処理装置200では、光ファイバ301、光ファイバ302、光ファイバ303のそれぞれの端部に、光源14、光検出器PD2、光検出器PD1が配置される。
On the other hand, in the signal processing device 200, the
この第8の実施の形態では、金属針101が被測定デバイス60の被測定点に接触させると、信号源61からの入力信号が金属針101を介して、被測定信号入力ポートPINに与えられる。また、光源14からの光は光ファイバ301により光サーキュレータ15に供給される。また、膜11aからの光は鏡108,109で反射し、光ファイバ303により光検出器PD1に供給される。また、膜11bからの光は、光サーキュレータ15で取り出され、鏡107で反射し、光ファイバ302により光検出器PD2に供給される。これ以外の動作は、第2の実施の形態と同様であり、よって、振幅の大きく、しかも飽和することの少ない出力電気信号が得られる。また、EO結晶11に結合される電界の交流成分に応じた出力電気信号を得ることができる。また、出力電気信号の振幅低下と温度によるドリフトを防止することができる。
In the eighth embodiment, when the metal needle 101 is brought into contact with the measurement point of the device under
また、この第8の実施の形態によれば、光源14からの光をEO結晶11に供給するための光ファイバ301と、膜11aから光検出器PD1に光を供給するための光ファイバと303と、膜11bから光検出器PD2に光を供給するための光ファイバ302とを備えたので、光源14、光検出器PD1および光検出器PD2をEO結晶11から離すことができ、よって、電気光学センサの構成の自由度を高めることができる。これにより、例えば、差動アンプDAの出力が電磁波の影響を受けないようにすることができる。
Further, according to the eighth embodiment, the
なお、以上の説明では、EOセンサ1の構成と作用効果を説明してから、EOセンサ2以降のそれぞれに特有の構成および作用効果を説明したが、特有の構成同士を適宜組み合わせることで、組み合わせた構成に応じた作用効果を得ることができる。
In the above description, the configuration and operation effect of the EO sensor 1 are described, and then the configuration and operation effect unique to each of the
1,2,3,4,5,6 EOセンサ
11 EO結晶
12,13 電極
11a,11b 膜
14 光源
15 光サーキュレータ
16 積分器
17a,17b 鏡
18a,18b 凸レンズ
DA 差動アンプ
PBS1,PBS2 偏光ビームスプリッタ
PD1,PD2 光検出器
LPF ローパスフィルタ
1, 2, 3, 4, 5, 6
Claims (4)
この電気光学結晶に電界を結合させるための電極と、
前記電気光学結晶に光を入射させる光源と、
前記電気光学結晶からの光の出射面に形成された膜または当該出射面の奥に配置された鏡であって光を透過および反射する第1部材と、
前記電気光学結晶の前記光源からの光の入射面に形成された膜または当該入射面の手前に配置された鏡であって光を透過および反射する第2部材と、
前記第1部材から奥に出射する第1出射光を電気信号に変換する第1出射光検出器と、
前記第2部材から手前に出射する第2出射光を取り出す偏光ビームスプリッタと、
この偏光ビームスプリッタで取り出した第2出射光を電気信号に変換する第2出射光検出器と、
前記第1出射光検出器と前記第2出射光検出器で変換された各電気信号を差動増幅する差動アンプとを備えることを特徴とする電気光学センサ。 An electro-optic crystal whose refractive index changes due to electric field coupling;
An electrode for coupling an electric field to the electro-optic crystal;
A light source for making light incident on the electro-optic crystal;
A first member that transmits and reflects light, which is a film formed on a light exit surface of the electro-optic crystal or a mirror disposed behind the light exit surface;
A film formed on the incident surface of light from the light source of the electro-optic crystal or a second member that is disposed in front of the incident surface and transmits and reflects light;
A first outgoing light detector for converting the first outgoing light emitted from the first member into the back to an electrical signal ;
A polarization beam splitter for extracting second emitted light emitted from the second member to the front;
A second outgoing light detector for converting the second outgoing light extracted by the polarizing beam splitter into an electrical signal;
An electro-optic sensor comprising: a differential amplifier that differentially amplifies each electric signal converted by the first outgoing light detector and the second outgoing light detector .
前記第1部材の奥と前記第2部材の手前とに凸レンズを配置したことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の電気光学センサ。 The surface of the first member with respect to the second member and the surface of the second member with respect to the first member are concave spherical surfaces,
Electro-optical sensor according to any of claims 1 to 3, characterized in that a convex lens and in front of the back and the second member of the first member.
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